锶潮涌动 中国锶产业的科学与技术 段东平 关于锶资源的开发利用与产业发展 高校环境科学与工程化学工程冶金与能源工程专业参

1.本书对锶产业进行了细致、全面的梳理，从基础的锶元素与化合物介绍，到锶化学品的生产与行业发展展望，有助于读者快速了解锶产业相关的知识与信息。
2.锶是重要的金属资源，科普传播锶元素开发、生产、利用，有助于发展我国锶产业，使锶化合物更好地在电子、化工、医疗、轻工、光学等领域发挥作用。
3.本书科研团队多年来从事锶资源的开发与利用，与多家研究院所、企业有着长远的合作关系，本书反映了作者团队多年的研究和实践成果，有助于锶领域相关的企业，科研单位以及为地方政府管理人员把握产业发展情况，为规划发展决策提供参考；也可为产业规划、园区规划、科学技术规划等提供借鉴。

本书聚焦我国锶产业发展所涉及的科学基础与技术问题，以科技研发引领产业发展为使命，内容包括绪论（“锶”绪万千）、锶元素化学与资源开发（饮水“锶”源）、锶元素四大效应的科学思考（深“锶”熟虑）、大宗锶化学品的追踪溯源（三“锶”而行）、锶产业转型的着力点与关键技术（“锶”前想后）、锶增强材料与强化机理（千“锶”万缕）、钛酸锶功能材料（奇“锶”妙想）、结语与展望（打造“世界锶都”）；另外，书后附有专有名词缩写与符号表、锶领域相关标准规范节选，便于读者参阅。
本书具有较好的知识性、趣味性、科学性和技术性，旨在为锶领域的科学研究及产业技术发展奠定良好理论基础并提供科学指导，可供从事战略金属资源、新材料、环境、新能源及相关领域的科研人员、技术人员、管理人员和科普人员参考，也可供高等学校环境科学与工程、化学工程、冶金与能源工程、材料工程、生物工程、食品工程及相关专业师生参阅。

段东平：冶金工程博士、化学工程博士后、研究员、博士生导师，中国科学院过程工程研究所资源利用及环境优化课题组组长，中国科学院大学岗位教授及博士生导师。社会学术兼职有美国矿业、金属与材料学会会员（TMS），澳大利亚冶金与矿业学会会员（AusIMM）、国际先进材料学会会员（IAAM）、科技部国家可持续发展实验区专家委员会委员、中国无机盐工业协会副会长兼熔盐储能专业委员会主任、中国无机盐工业协会化工新材料专家委员会委员、中国金属学会冶金反应工程分会委员、北京金属学会理事及学术委员、《黄金科学技术》编委会副主任、中国专利审查技术专家等。
当前重点开展的研究方向之一即为天青石矿清洁生产技术及其锶系列产品开发的研发和产业化工作；主持了国家重点研发计划“青海盐湖化工产业区大宗废弃物循环利用集成示范”重点专项（2018YFC1903800）等多项国家级、省部级、中国科学院以及企业合作项目。先后于2007年获“天津市科技进步奖二等奖”、2008年获中国石油和化工协会“全国化工优秀科技工作者”以及第18届“北京市优秀青年工程师”、2009年获中国科学院“院地合作先进个人（科技类）一等奖”、2010年获中国产学研合作促进会“中国产学研合作创新（个人）奖”、2012年获中国科学院“院地合作先进个人（管理类）一等奖”、2017年获“安徽省科技进步奖一等奖”等荣誉。已发表论文140余篇，其中SCI收录40余篇、EI收录20余篇、中文核心收录30余篇；申请专利60余项、授权30余项；培养硕士研究生14名、博士研究生8名、博士后7名。

第1章 “锶”绪万千：绪论
1.1 锶的战略地位 2
1.2 锶科学与技术的时代属性 3

第2章 饮水“锶”源：锶元素化学与资源开发
2.1 锶的起源 6
2.2 锶在元素周期表中的位置 7
2.3 锶原子物理特性与能级结构 8
2.3.1 锶原子物理特性 8
2.3.2 锶原子能级结构 9
2.4 锶原子光钟 10
2.4.1 原子光钟的出现 10
2.4.2 锶原子光钟的工作原理 12
2.4.3 锶原子光钟的研究进展 13
2.5 锶的自然界形态及锶资源开发 14
2.5.1 锶的自然界形态与特征 14
2.5.2 自然界锶矿的成矿规律 19
2.5.3 锶资源的开发利用 26
2.6 锶产业发展状况 35
2.6.1 世界锶产业发展状况 35
2.6.2 我国锶产业发展总体状况 38
参考文献 39

第3章 深“锶”熟虑：锶元素四大效应的科学思考
3.1 亲骨效应 42
3.1.1 亲骨原理和作用机理 42
3.1.2 主要科学问题 43
3.1.3 代表性产品 43
3.2 光电效应 45
3.2.1 光电原理和作用机理 46
3.2.2 主要科学问题 50
3.2.3 代表性产品 50
3.3 增强效应 51
3.3.1 增强原理和作用机理 51
3.3.2 主要科学问题 53
3.3.3 代表性产品 54
3.4 同位素效应 54
3.4.1 同位素种类和作用机理 54
3.4.2 主要科学问题 54
3.4.3 代表性产品 55
参考文献 56

第4章 三“锶”而行：大宗锶化学品的追踪溯源
4.1 碳酸锶的前世今生 59
4.1.1 碳酸锶是工业革命的产物 59
4.1.2 碳酸锶诸多应用场景的化学本质 59
4.2 氯化锶的挑战与机遇 60
4.2.1 氯化锶制备技术对比 60
4.2.2 氯化锶的重点应用领域 60
4.3 氢氧化锶的平台型价值及其产业链 61
4.3.1 合成氢氧化锶的热力学基础 61
4.3.2 氢氧化锶制备工艺研究 62
4.3.3 氢氧化锶延伸产业链分析 65
参考文献 66

第5章 “锶”前想后：锶产业转型的着力点与关键技术
5.1 锶平台型产品转型 68
5.1.1 Sr（OH）2 基本物化性质 68
5.1.2 过程机理研究 68
5.1.3 主要科学问题 72
5.2 锶环保领域 72
5.2.1 发展方向与潜在产品 72
5.2.2 制备方法与关键技术 73
5.2.3 产品制备及应用原理 76
5.3 锶康养领域 77
5.3.1 锶及锶同位素与人体健康的关系 77
5.3.2 发展方向与潜在产品 84
5.4 锶光电领域 86
5.4.1 光电效应理论 86
5.4.2 钛酸锶的光电转换 86
5.4.3 产品结构与性能构效关系 87
5.4.4 产品制备及应用原理 87
5.4.5 关键科学技术问题与研究策略 88
5.5 锶新能源领域 92
5.5.1 发展方向与潜在产品 92
5.5.2 制备方法与关键技术 94
5.5.3 产品结构与性能构效关系 99
5.5.4 产品制备及应用原理 102
5.6 锶在装备制造领域的应用 103
5.6.1 重点发展方向 103
5.6.2 产品结构与性能构效关系 104
5.6.3 制备方法与关键技术发展 104
5.7 锶渣固废资源化领域 110
5.7.1 锶渣来源 111
5.7.2 锶渣性质 111
5.7.3 锶渣利用 112
参考文献 114

第6章 千“锶”万缕：锶增强材料与强化机理
6.1 高纯金属锶及其净化机理 120
6.1.1 高纯金属锶的制备方法 120
6.1.2 金属锶净化合金熔体机理 121
6.1.3 金属锶净化气体机理 123
6.2 锶增强合金材料的作用与机理 123
6.2.1 锶在合金材料中的配位机理 123
6.2.2 锶对合金机械性能的强化机理 125
6.2.3 锶对合金耐蚀性能的强化机理 126
6.3 锶增强磁性材料的作用与机理 127
6.3.1 锶铁氧体的磁性强化机理 127
6.3.2 锶铁氧体与常用磁性材料的优劣势分析 129
6.4 锶增强发光材料的特性与机理 131
6.4.1 硫化锶长余辉发光机理 131
6.4.2 铝酸锶长余辉发光机理 132
6.4.3 硅酸镁锶长余辉发光机理 134
6.5 锶增强介电材料的作用与机理 137
6.5.1 锶在压电陶瓷中的强化机理 137
6.5.2 锶在铁电陶瓷中的强化机理 139
6.5.3 锶在热释电陶瓷中的强化机理 141
参考文献 143

第7章 奇“锶”妙想：钛酸锶功能材料
7.1 钛酸锶的钙钛矿结构与缺陷化学 147
7.1.1 钛酸锶钙钛矿结构 147
7.1.2 钛酸锶化学性质 147
7.2 钛酸锶的光电效应与机理 148
7.3 钛酸锶的结构设计与控制合成 150
7.3.1 钛酸锶改性方法 150
7.3.2 纳米钛酸锶单晶 153
7.3.3 多面体钛酸锶 155
7.3.4 中空 笼状钛酸锶 162
7.4 介孔钛酸锶材料 168
7.4.1 介孔材料 168
7.4.2 介孔材料的应用前景和现状 169
7.4.3 非硅基介孔材料的合成进展 169
7.4.4 介孔钛酸锶的应用前景和现状 170
7.4.5 迷宫型介孔钛酸锶材料 171
7.4.6 介孔- 大孔钛酸锶薄膜 172
7.5 复合钛酸锶材料 174
7.5.1 钛酸锶异质结结构及缺陷工程 174
7.5.2 钛酸锶材料的复合方法及过程机制 183
7.6 钛酸锶的新能源领域应用 185
7.6.1 钛酸锶在制氢领域中的应用 185
7.6.2 钛酸锶在光伏发电领域中的应用 186
7.6.3 钛酸锶在热电材料中的应用 188
7.7 钛酸锶的环保领域应用 189
7.7.1 钛酸锶在净化空气中的应用 189
7.7.2 钛酸锶在水处理中的应用 190
参考文献 190

第8章 打造“世界锶都”——结语与展望
8.1 我国重庆大足锶资源优势与产业基础 204
8.2 创新开拓锶平台型产品 205
8.3 研发拓展高端锶产品 206
8.4 重点研发高端锶功能材料 207
8.5 锶高端产品关键技术与重大成果展望 207
8.6 锶行业未来发展战略转型 208
8.7 致力打造锶资源成为中国的“第二个稀土” 211
8.8 建设世界级锶产业中心 211

附录
附录1 专有名词缩写与符号表 214
附录2 锶领域相关标准规范节选 216
附录2.1 《锶盐行业绿色工厂评价要求》（T/CPCIF 0215—2022） 节选 216
附录2.2 《牙膏用氯化锶》（HG/T 5211—2017） 234
附录2.3 《中华人民共和国药典》2020 年版中的氯化锶[89Sr] 注射液药物节选 248

序
——为《锶潮涌动》系列新书出版而作
日前，我的好朋友、中国无机盐工业协会名誉会长陈国福同志邀我为中国科学院过程工程研究所GERU 团队创作并即将出版的《锶潮涌动》写一序言。我翻开了该书内容简介即眼前一亮，爱不释手。这是一本专业知识浓厚、创新思维活跃、结构逻辑严密、文字精彩生动，深入浅出、引人入胜的好书。
之所以称它为一本“深入浅出，引人入胜”的好书，我认为这本书有几个显著的特点。
一是这本书的内容同中国石油和化学工业由大国向强国跨越进程的高度一致。2018 年，中国石油和化学工业的销售额达12.4 万亿元（人民币）。其中，化学工业销售额为9.35 万亿元，位列世界第一；欧盟化学工业销售额为4.41万亿元，名列世界第二；美国化学工业销售额为3.65 万亿元，位居世界第三；日本化学工业销售额为1.40 万亿元，位居世界第四。我国化学工业销售额几乎与欧盟、美国、日本之和相当。2022 年，中国石油和化学工业销售额又跨上了16.55 万亿元的新台阶。从“十四五”规划开始，中国石油和化学工业提出了“要迈出由石油和化学工业大国向强国跨越的步伐”。由大国向强国跨越，这是一个伟大的历史性转折。这个转折的基本要求，就是要有完整的行业配套能力、超前的技术创新能力和强大的市场竞争能力。从新中国成立70 多年来我国石油和化学工业的发展历程分析，在全行业高速发展的过程中，我们依靠中国经济超大规模的市场优势，基础原材料发展的成就最为显著。无论是烧碱、纯碱、硫酸、硝酸，还是化肥、炼油产业等都发展了一批大项目、大基地，生产能力和产业规模都站在了世界市场的前列。但在跨国公司的眼中，中国石油和化学工业就是一个基础原材料工业，我们的产业结构离终端市场太远，配套能力太差，特别是具有广泛、重大、关键作用的精细化工产品，无论是技术研发能力还是品种数量水平与石化产业发达的国家相比都存在着巨大的差距。而这个课题研究的项目——无机盐锶产业，正是我国石油和化学工业向强国跨越需要配套发展的一个重要产品、一个“补短板”的关键技术、一个有条件快速发展的新的增长点。培育中国石油和化学工业的配套优势产业，正是中国石油和化学工业向强国跨越的一个“重点”，本书研究的内容现实意义重大。
二是本书的研究，充分展示了对“小产品、高技术、大市场”这一类产品发展的思路创新。锶这类产品在我国石油和化学工业整个产业结构中占比并不大，确实是一个“小产品”，但这类产品属精细化工类产品，技术含量很高，质量差异很大，属于“高技术”产品。目前我国锶产品品种不多、产量很低、品质不高，主要产品多为以工业级碳酸锶和工业级氯化锶等化合物为主的低端产品，高端锶化合物大部分需要从国外进口，难以满足国内外市场对高端锶产品的迫切需求。大力推动我国锶产业的科技创新，积极发展我国高端锶产品及其产业，这是我国未来十至二十年振兴锶产业、跻身世界先进行列并掌握锶技术国际话语权的必然选择。“大市场”是指锶元素的特殊性质，锶产品应用范围十分广泛，产品特性十分独到。特别是锶元素独特的“光电效应”、“增强效应”、“亲骨效应”和“同位素效应”四大效应，对未来化工新能源、新材料和装备制造工业都将发挥不可替代的重大作用。“小产品、高技术、大市场”这类化工产品未来如何发展，这个团队的创新思路为我们提供了宝贵的经验。
我国是锶矿资源极为丰富的国家，已探明储量居世界首位。联合国环境规划署将锶归类为“绿色稀有金属”。2011 年国土资源部、国家发展改革委、科技部、财政部联合制定的《找矿突破战略行动纲要（2011—2020 年）》，也将锶确定为我国战略性新兴产业发展的矿产资源。据2021 年统计资料：①世界范围内已探明储量1.4275 亿吨，中国已探明锶矿储量8224 万吨，我国锶矿储量占世界总储量的57.6%；②锶矿（天青石）全世界开采能力约为109 万吨，中国产能59 万吨，年产能占世界总产能的54.1%；③世界上已开发出的锶化工产品约50 多种（其中产量最大的锶化合物为碳酸锶），全球碳酸锶总产量达28.75 万吨，中国碳酸锶产量就达20.91 万吨，占世界总产量的72.73%。可见，未来我国锶产业的发展，无论是资源条件、产能基础，还是未来技术创新、市场开拓，都有着不少的优势和无限的市场空间。
三是本书的风格，充分显示了这个研究团队扎实、深入、敢为人先的学术精神。这是一个十分年轻的研究团队，经过10 多年的持续研究，以“咬定青山不放松”的定力，成为了一支全球领先的锶产业技术团队，研发了一批锶产品新技术，形成了一批可产业化的高水平锶产业项目，他们希望把锶产业打造成中国第二个“稀土产业”，把中国建设成世界锶产业中心。在他们扎扎实实的研究中，在他们默默无闻的开拓中，形成了一系列可行性研究报告，还将编写一系列的学术专著，包括《锶潮涌动》《痛定锶痛》《锶如泉涌》等。我们相信这个有梦想、有追求、有实干精神的研究团队，一定可以在这个领域干出一番不平凡的伟业来！
我为这个团队的研究精神点赞！我为这本书的创作和出版点赞！我为这项研究成果对我国无机盐工业和精细化工产业高质量发展的推动作用点赞！

中国石油和化学工业联合会会长 李寿生
2023年3月于北京